BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Blok Diagram

37
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Blok Diagram
Indikator
r
Sensor
suhu
LM35
Driver
Heater
Mikrokontroler
ATmega8535
Push
Button
Display
Suhu dan Timer
Buzzer
Program
Counter Down
Gambar 3.1. Blok Diagram
Cara kerja Blok Diagram
Ketika push button ditekan maka mikrokontroler ATmega8535 akan
memberikan logika yang akan mengaktifkan driver heater sehingga heater
akam bekerja, suhu dari heater akan dibaca oleh sensor LM35 yang
kemudian ditampilkan didisplay 16x2. Setelah suhu tercapai maka heater
off dan program timer yang ada pada IC mikrokontroler akan menghitung
mundur. Setelah timer selesai maka buzzer akan bekerja/bunyi untuk
menandakan bahwa penyeterilan sudah selesai.
38
3.2 Diagram Alir
Mulai
Inisialisasi LCD
Heater ON
Indikator Heater
NO
Suhu
tercapai
100
YES
Heater OFF
Counter down
Timer
NO
Timer
Tercapai
YES
Timer OFF
BUZZER ON
Selesai
Gambar 3.2. Diagram Alir
39
Penjelasan Diagram Alir
1. Mulai
Untuk memulai program.
2. Inisialisasi LCD
Sebelum mengerjakan program, Mikrokontroler melakukan persiapan ke
LCD.
3. Start
Ketika start ditekan heater mulai bekerja. Setelah suhu tercapai (1000C) maka
heater off dan program couter down bekerja.
4. Couter Down Timer
Terjadi proses perhitungan mundur waktu yang telah disetting pada
mikroontroler. Buzzer akan berbunyi apabila Timer habis dan menandakan
proses sterilisasi selesai.
5. Suhu Setting < Suhu Sensor
Apabila suhu pada settingan lebih kecil dari pada suhu sensor, maka heater
akan nyala secara otomatis.
6. Suhu Sensor > 1000 C
Pada alat ini dibatasi suhu maksimum adalah 1000 C. Suhu akan naik terus
mencapai suhu setting, apabila suhu melebihi settingan maka heater akan
mati.
7. Selesai
Menandakan bahwa sterilisasi selesai.
40
Cara Kerja alat
Cara kerja modul sterilisator botol susu bayi berbasis mikrokontroler ini,
yaitu ketika power ON/OFF dalam posisi ON maka seluruh rangkaian akan
mendapatkan tegangan dari power supply sebesar +5V DC. Kemudian,
Inisialisasi LCD dan masuk ke menu setpoint. Ketika tombol start ditekan maka
mikrokontroler akan memberikan logika ke PORTD.5=0 untuk menghidupkan
SSR dan sensor suhu, SSR disini berfungsi sebagai saklar untuk mengidupkan
heater kaca yang sumber nya dari 220 Volt PLN. Outputan sensor LM35 masuk
kerangkaian buffer untuk menguatkan tegangan yang masuk ke ADC
mikrokontroler ATmega8535, sensor suhu akan mendeteksi suhu pada ruanagan
sterilisasi yang dipanasi oleh heater, lalu data analog yang didapat akan diolah
oleh program ADC yang ada di mikrokontroler ATmega8535 menjadi data
digital kemudian suhu yang terbaca akan ditampilkan di display LCD 16x2,
rangkaian LCD 16x2 diletakkan di PORT.C pada ic mikrokontroler
ATmega8535. Apabila
suhu
pada
ruangan
sterilisasi
tercapai
maka
mikrokontroler akan memberikan logika pada PORTD.5=0 sehingga heater
akan mati dan timer bekerja selama 5 menit. Jika suhu kurang dari 100oC maka
mikrokontroler akan memberikan logika lagi untuk menghidupkan SSR dan
heater kaca. Kemudian bila waktu habis maka mikrokontroler akan merberikan
logika ke PORTD.1=1 untuk mengaktifkan buzzer. Rangkaian buzzer
difungsikan sebagai penanda atau isyarat bahwa proses dari sterilisasi selesai.
41
3.3. Diagram Mekanis
Gambar 3.3. Desain alat tampak dari depan
Keterangan :
1. LCD 16 X 2
2. Tombol START
3. Indikatar Heater
4. Buzzer
5. Reset
6. Power
7. Pintu
3.4. Keseluruhan Alat dan Bahan
1. Elemen pemanas( Heater Kaca )
2. Resistor
3. Kapasitor
42
4. LM35
5. ATmega8535
6. LCD character 16x2
7. SSR ( Solid State Relay )
8. Buzzer
3.5. Jenis Penelitian
Jenis penelitian yang dipakai untuk melakukan penelitian ini
menggunakan metode eksperimen yaitu alat sterilisator botol susu bayi
berbasis mikrokontroler.
3.6. Variabel Penelitian
3.6.1 Variabel Bebas
Variabel bebasnya adalah bakteri.
3.6.2 Variabel Tergantung
Sebagai variabel tergantung adalah sensor suhu (LM35) bekerja
tergantung dari heater menyala.
3.6.3 Variabel Terkendali
Sebagai variabel terkendali adalah monitoring timer dan LCD,
menggunakan IC ATmega8535.
43
3.7. Definisi Oprasional
Dalam kegiatan operasionalnya, varaiabel-variabel yang digunakan
dalam perencanaan pembuatan modul, baik variabel terkendali, tergantung
dan bebas memiliki fungsi-fungsi antara lain:
3.7.1. Sensor LM35 digunakan untuk pengontrolan suhu.
3.7.2. Heater kaca digunakan sebagai penyeteril botol susu bayi.
3.7.3. Atmega8535 sebagai pengatur dari heater dan timer.
3.8. Teknik Analisa Data
Pengukuran tegangan pada beberapa titik test point dilakukan
beberapa kali dalam percobaan. Kemudian hasil pengukuran tersebut
dibandingkan dengan angka standart dan berapa nilai rata-rata, standart
deviasi(SD), ketidakpastian dan error dengan rumus seperti dibawah ini:
3.8.1. Rata-rata
Rata-rata dalam perkataan sehari-hari, orang sudah menafsirkan
dengan rata-rata hitung. Dan arti sebenarnya adalah bilangan yang di
dapat dari hasil pembagian jumlah nilai data oeleh banyaknya data dalam
kumpulan pengukuran tersebut. Dinyatakan dengan rumus :
∑ 𝑥𝑖
𝑥̅ =
𝑛
Keterangan:
∑ 𝑥𝑖
: Jumlah X sebanyak i
n
: Banyak data
................................. (1)
44
𝑥̅
: Rata-rata
3.8.2. Simpangan (error)
Merupakan selisih dari rata-rata nilai terhadap masing-masing nilai
yang di ukur. Dinyatakan dengan rumus :
Simpangan = x- 𝑥̅
...................... (2)
Keterangan :
X
: data x
𝑥̅
: Rata-rata
3.8.3. Error (%)
Merupakan nilai persen dari simpangan(error) terhadap nilai yang di
kehendaki. Dinyatakan dengan rumus :
Error(%)=
𝑥−𝑥̅
𝑥
...................... (3)
x
100%
Keterangan :
Error :besaran simpangan/nilai error dalam%
X
:data x
𝑥̅
: rata-rata
3.8.4. Standart deviasi
Standar deviasi adalah suatu nilai yang menunjukan tingkat(derajat)
variasi kelompok data atau ukuran standart penyimpangan dari
45
menanya/rata-ratanya. Jika standart deviasi semakin kecil maka data
tersebut semakin presisi. Dinyatakan dengan rumus :
∑𝑛
𝑖=1
SD= √
(𝑥−𝑥̅ )2
...................... (4)
𝑛−1
Keterangan :
SD
: standart devisiasi
X
: data x
𝑥̅
: rata-rata
n
: banyak data
3.8.5. Ketidakpastian ( UA )
Merupakan perkiraan mengenai hasil pengukuran yang di dalamnya
terdapat harga yang benar. Dinyatakan dengan rumus :
........................ (5)
Ua=
𝑆𝐷
√𝑛
Keterangan :
Ua
: ketidakpastian
SD
: Standar Devisiasi
n
: banyak data
3.9. Perakitan Rangkaian Minimum Sistem & Power Supply 5 Volt
3.9.1. Alat
1. Papan PCB
2. Solder
46
3. Penyedot Timah ( Atractor )
4. Timah
5. Gergaji
3.9.2. Bahan
1.
Dioda bridge 2 A
2.
Software Proteus di Laptop
3.
Travo 1 A
4.
Kapasitor 2200 µf 1 buah
5.
Kapasitor non polar 104 (4)
6.
IC regulator 7805
7.
Dioda
8.
Soket IC Mikrokontroler
9.
ATmega8535
10. Crystal 12.000000
11. Multitune
12. BD139 3 buah
13. Resistor
14. Led 3ml
15. Transistor TIP 3055
16. Socket AC
47
3.9.3. Langkah Perakitan
1. Membuat rangkaian skematik minimum sistem dan power supply 5
Volt di aplikasi proteus. Gambar 3.4. menunjukkan
rangkaian
skematik minimum sistem dan power supply 5 Volt.
Gambar 3.4. Skematik minimum sistem dan power supply 5 Volt.
Rangkaian power supply pada modul ini berfungsi sebagai
supplay tegangan ke semua rangkaian yang menggunakan tegangan
DC yang besarnya 5 Volt. Fungsi komponen transistor TIP305 di
power supply yaitu sebagai penguat arus, R220 ohm sebelum led
berfungsi untuk menghambat arus agar arus di led nya tidak over heat
(putus). Prinsip kerja power supply adalah mengubah tegangan yang
semula AC menjadi tegangan DC dengan menggunakan transformator
sebagai penurun tegangan dan dioda sebagai komponen yang
berfungsi sebagai penyearah tegangan. Power supply yang penulis
buat akan mengubah tegangan AC menjadi DC sebesar 5 VDC dengan
menggunakan IC regualator 7805. Adapun tegangan 5 VDC
digunakan untuk menyuplay rangkaian minimum sistem dan SSR
48
(solid state relay). Sedangkan rangkaian minimum sistem pada modul
ini berfungsi sebagai kontrol kerja modul secara keseluruhan dengan
memanfaatkan IC ATmega8535 yang akan memberikan logika yang
akan mengaktifkan SSR (solid state relay) sehingga heater akan
bekerja.
2. Setelah sistematik rangkaian jadi, tahap selanjutnya membuat lay out
nya dan disablon ke papan pcb. Untuk gambar lay out minimum
sistem dan power supply 5 Volt pada papan pcb dapat dilihat pada
gambar di bawah ini:
Gambar 3.5. Lay out minimum sistem dan power supply 5 Volt
Gambar 3.6. Lay out tata letak komponen minimum sistem dan
power supply 5 volt
49
3. Kemudian rakit komponen yang dibutuhkan dengan menggunakan
solder dan timah.
3.9.4. Hasil dari perakitan
Gambar 3.7. dibawah ini adalah hasil perakitan minimum sistem dan
power supply 5 volt.
Gambar 3.7. Hasil perakitan minimum sistem dan power supply 5 volt.
3.10. Membuat Rangkaian Sensor LM35 & LCD
3.10.1. Alat
1. Papan PCB
2. Solder
3. Penyedot Timah
4. Timah
3.10.2. Bahan
1.
LCD 16 x 2
2.
Mutitune
50
3.
Konektor kaki 3
4.
Sensor LM35
5.
Resistor 75 ohm
6.
Kapasitor 1uf
3.10.3. Langkah Perakitan
1. Membuat rangkaian skematik Sensor LM35 dan LCD di aplikasi
proteus. Gambar 3.8. menunjukkan rangkaian skematik dari
rangkaian Sensor LM35 dan LCD.
Gambar 3.8. Rangkaian Sensor LM35
Perhitungan Resistor di LM35
Dik:
Vs
= 5 volt
I
= 66mA
Dit :R=........?
Vs – R . I ( t ) – Vc ( t ) = 0
Vs
I =
R
5 Volt
66mA =
R
66mA
R=
5 Volt
= 75 ohm
Perhitungan Kapasitor
Vc = Vs ( 1 – e-t/RC )
= 5 volt ( 1 – e-t/75x10 )
= 5 volt ( 75x10-6 )
= 0,992 = 1 uF
51
Kesimpulan dari perhitungan diatas sensor LM35 harus
dipakai rangkaian RC/filter dengan resistor sebesar 75 ohm dan karena
nilai kapasitor tidak ada yang 0,992uF maka kapaitor yang dipasang
harus lebih 0,992uF yaitu 1uF sesuai dengan data sheet dari LM35 itu
sendiri.
Rangkaian sensor LM35 pada modul ini berfungsi sebagai
pembaca suhu dari heater, suhu yang dibaca batasan nya yaitu 100oC
dan sebagai pengontrolan sterilisasi botol susu bayi tersebut.
Kemudian LCD pada modul ini difungsikkan untuk menampilkan
suhu dan waktu/timer. Cara kerja rangkaian LM35 ini dengan
memanfaatkan ADC yang dimiliki oleh IC ATmega8535 di PORT.A
akan dikuatkan rangkaian buffer. Adapun program yang digunakan
pada modul ini adalah ADC sebagai pembaca tegangan dari sensor
LM35 dan program timer sebagai pengendali waktu pada modul.
Gambar 3.8. menunjukkan rangkaian skematik dari rangkaian LCD.
Gambar 3.8. Rangkaian LCD
Rangkaian LCD 16x2 digunakan sebagai tampilan (display)
nilai suhu yang terukur dan menampilkan timer. Penempatan
52
rangkaian LCD 16x2 diletakan dibagian PORT.C rangkaian
minimum system ATmega8535.
2. Setelah selesai membuat skematik langkah selajutnya membuat lay
out di isis (proteus) dan disablon/dICetak ke papan pcb yang telah
dipotong sesuai ukuran dari gambar lay out. Gambar 3.9. merupakan
hasil dari lay outnya.
Gambar 3.9. Lay out belakang
Gambar 3.10. Lay out depan
3.10.4. Hasil dari perakitan
Gambar 3.11. dibawah ini adalah hasil perakitan rangkaian LM35 dan
driver LCD.
Gambar 3.11. Hasil perakitan rangkaian LM35 dan driver LCD.
53
3.11. Membuat Rangkaian Buzzer
3.11.1. Alat
1. Solder
2. Timah
3. Penyedot timah
3.11.2. Komponen
1. Buzzer
2. Kabel pelangi female dan male
3.11.3. Langkah perakitan
1. Pasang kabel pelangi ke kaki Buzzer.
2. Hubungkan kaki positif Buzzer ke port D pin 5 dan kaki negatif
Buzzer pasang ke ground.
3. Sesuai sistematik di bawah ini :
Gambar 3.12. Rangkaian Buzzer
Rangkaian buzzer ini di gunakan untuk memberikan
peringatan apabila semua sistem yang sudah berjalan selesai
sesuai timer yang di tentukan, Buzzer ini di sambungkan langsung
dengan mikrokontroler dengan kaki positifnya ke port D pin 5
dan kaki negatifnya di sambungkan ke ground sudah dapat
bekerja dengan baik.
54
3.12. Membuat Rangkaian Driver Heater
3.12.1. Alat
1. Obeng +
2. Tang Potong
3. Solder
3.12.2. Bahan
1. SSR ( Solid State Relay )
2. Kabel Serabut
3. Kabel Pelangi
3.12.3. Langkah Perakitan
1. Hubungkan inputan SSR ( Solid State Relay ) kabel stecker 220 Volt,
dan inputan satu nya ke heater.
2. Hubungkan ouput dari kaki positif SSR ( Solid State Relay ) ke ADC
mikrokontroler yaitu PORT.A pin 1.
3. Hubungkan ouput dari kaki negatif SSR ( Solid State Relay )
mikrokontroler ground.
4. Sesuai gambar skematik dibawah ini :
Gambar 3.13. Rangkaian Driver Heater
Perhitungan SSR ( Solid State Relay ):
Ic = (Vc-1)/ 1000
55
Ic = (5-1)/ 1000
Ic = 4/ 1000 = 0,004 A = 4 mA
Tegangan input DC pada SSR mempengaruhi arus yang
masuk dari mikro. Pada rangkaian diatas, SSR ( Solid State Relay )
digunakan sebagai driver ke heater dengan spesifikasi tegangan
input 3-32 VDC, output sebesar 220 volt, dengan kosumsi arus
maksimal 10A. SSR akan bekerja ketika kaki no 2 diberikan
tegangan vcc sebesar 5 volt dan kaki no 1 mendapatkan logika low/0
dari mikrokontroler. Jadi ketika VCC 5 volt bertemu dengan logika
0, maka SSR ( Solid State Relay ) akan bekerja dikarenakam
tegangan 5 volt berada dirange atau spesifikasi SSR ( Solid State
Relay ) yang membutuhkan inputan DC antara 3-32 VDC. SSR (
Solid State Relay ) bekerja, maka akan mengalirkan arus tegangan
dari PLN 220 volt ke heater, sehingga heater dapat bekerja dengan
merubah energi listrik menjadi energi panas.
3.13. Pembuatan Program Modul
Untuk pembuatan program pada modul ini menggunakan aplikasi
CV AVR dengan bahasa C. Program yang digunakan ialah program ADC
sebagai pengendali sensor LM35 dan timer sebagai pengontrol waktunya.
Pembuatan list program dengan cara manual untuk menambahkan perintah dan
logika pada program ini agar berjalan sesuai yang diinginkan penulis, Berikut
ini program dari modul saya :
56
Isi program modul
Chip type
: ATmega8535
Program type
: Application
AVR Core Clock frequency : 12,000000 MHz
Memory model
: Small
Data Stack size
: 128
*****************************************************/
#include <mega8535.h>
#include <stdlib.h>
Header dari program
#include <delay.h>
#include <alcd.h>
unsigned char detik, a=0,temp[6], temp2[6], temp3[3], menit=5;
float data, suhu;
bit timer_aktif=0, b=0, c=0;
interrupt [TIM1_OVF] void timer1_ovf_isr(void)
{
TCNT1H=0x48E5 >> 8;
TCNT1L=0x48E5 & 0xff;
if(detik==0)
{menit--;detik=59;}
else{detik--;}
//}
}
Listing 3.1. Listing Header Program
Program yang penulis buat menggunakan mikrokontroler ATmega8535.
#include <mega8535.h> = merupakan library dari mikrokontroller yang kita
gunakan ,disini penulis mengunakan ATmega8535.
#include
<delay.h>
=
merupakan
library
fungsi
delay.
57
void mulai_timer()
{
if(timer_aktif==1&&suhu>=100)
{
TCCR1B=0x04;a=1;
} else if(timer_aktif==0){TCCR1B=0x00;}}
void stop_timer()
{
if(menit==0&&detik==0)
{
lcd_clear();
while(1)
{
TCCR1B=0x00;
timer_aktif=0;
PORTD.1=0;
PORTD.5=0;
lcd_clear();
lcd_gotoxy(6,0);
lcd_putsf("SELESAI");
}
}
}
Listing 3.2. Listing Program Timer
Listing program timer ini digunakan sebagai pengaturan timer, penulis
menggunakkan timer 1 ( TCCR1B) timer aktif apaila mendapatkan logika 0 dari
program. Settingan program timer yaitu selama 5 menit dengan metode couter
down.
58
// pembacaan sensor suhu
void baca_suhu()
{
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf("SUHU:");
data=read_ADC(0);
suhu=(data*3.05)/1024;
suhu=suhu*100;
if (suhu<100)
}
void driver_set()
{
if(timer_aktif==1){
if(suhu>=100)
{
PORTD.5=0;
Port ini digunakan untuk mengaktifka buzzer
}else{PORTD.5=1;}}
}
Listing 3.3. Listing Program Sensor Suhu dan Buzzer
Listing program sensor suhu ini digunakan sebagai pengaturan pembacaan sensor
suhu LM35 saat sistem bekerja ada beberapa yang diatur dalam listing program ini
antara lain rumus pembacaan dan batas sensor suhu pembacaan untuk mengontrol
driver heater. PORT.C digunakan untuk menghidupkan buzzer, buzzer akan
menyala apabila diberikan logika 0.
59
// RS - PORTC Bit 0
// RD - PORTC Bit 1
// EN - PORTC Bit 2
Pemasangan LCD 16X2 di mikrokontroler
// D4 - PORTC Bit 4
ATmega8535
// D5 - PORTC Bit 5
// D6 - PORTC Bit 6
// D7 - PORTC Bit 7
// Characters/line: 16
lcd_init(16);
lcd_clear(); // intruksi untuk membersihkan huruf atau angka di LCD.
lcd_gotoxy(0,0);// untuk peletakkan huruf di LCD kolom (x) atau baris(y).
lcd_putsf(" STERILISASI"); // intruksi data untuk ditampilkan di LCD.
lcd_gotoxy(1,1);// lama waktu huruf/angka ditampilkan
lcd_putsf("BOTOL SUSU BAYI"); // intruksi data untuk ditampilkan di LCD.
delay_ms(2000);
lcd_clear();// intruksi untuk membersihkan huruf atau angka di LCD.
Listing 3.4. Listing Program LCD 16x2
Listing proram diatas adalah program LCD 16x2 ke mikrokontroler ATmega8535.
lcd_clear(); // intruksi untuk membersihkan huruf atau angka di LCD.
lcd_gotoxy(0,0);// untuk peletakkan huruf di LCD kolom (x) atau baris(y).
lcd_putsf(" STERILISASI"); // intruksi data untuk ditampilkan di LCD.
60